RU2509290C2 - Method to determine two angular coordinates of glowing reference point and multiple-element photodetector for its realisation - Google Patents
Method to determine two angular coordinates of glowing reference point and multiple-element photodetector for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2509290C2 RU2509290C2 RU2012116202/28A RU2012116202A RU2509290C2 RU 2509290 C2 RU2509290 C2 RU 2509290C2 RU 2012116202/28 A RU2012116202/28 A RU 2012116202/28A RU 2012116202 A RU2012116202 A RU 2012116202A RU 2509290 C2 RU2509290 C2 RU 2509290C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elementary
- photodetectors
- axis
- photodetector
- elementary photodetectors
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/24—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for cosmonautical navigation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Navigation (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к приборам навигации космических аппаратов, в частности к приборам определения угловых координат направления на Солнце или иной светящийся ориентир.The invention relates to instruments for navigating spacecraft, in particular to instruments for determining the angular coordinates of directions to the Sun or other luminous landmark.
Известен солнечный датчик [1], содержащий маску с отверстиями, матричный фотоприемник, устройство обработки сигнала и устройство информационного обмена.A known solar sensor [1], containing a mask with holes, an array photodetector, a signal processing device and an information exchange device.
Принцип действия датчика основан на определении положения светового пятна, формируемого с помощью отверстия в непрозрачной маске, на поверхности фотоприемника, состоящего из элементарных фотоприемников, расположенных на плоскости в виде матрицы. Две угловые координаты направления на Солнце вычисляются следующим образом:The principle of operation of the sensor is based on determining the position of the light spot formed by the hole in the opaque mask on the surface of the photodetector, consisting of elementary photodetectors located on a plane in the form of a matrix. Two angular direction coordinates on the Sun are calculated as follows:
где ХС и YС - координаты центроида светового пятна на поверхности матричного фотоприемника, F - расстояние от маски с отверстием до поверхности матричного фотоприемника.where X C and Y C are the coordinates of the centroid of the light spot on the surface of the matrix photodetector, F is the distance from the mask with the hole to the surface of the matrix photodetector.
Теоретически углы α и β могут принимать значения в диапазоне от -90° до +90° относительно перпендикуляра к поверхности матричного фотоприемника. Однако практически, поскольку светочувствительная поверхность матричного фотоприемника имеет ограниченные размеры, маска с отверстием имеет некоторую толщину и располагается на определенном расстоянии от матричного фотоприемника, диапазон измерения углов меньше. Другими словами поле зрения датчиков, реализующих указанный способ измерения, меньше полусферы и обычно [1], [2] ограничено величинами ±(60…64)°.Theoretically, the angles α and β can take values in the range from -90 ° to + 90 ° relative to the perpendicular to the surface of the matrix photodetector. However, in practice, since the photosensitive surface of the matrix photodetector has limited dimensions, the mask with the hole has a certain thickness and is located at a certain distance from the matrix photodetector, the range of measurement of angles is smaller. In other words, the field of view of the sensors implementing the indicated measurement method is smaller than the hemisphere and is usually [1], [2] limited to ± (60 ... 64) °.
Кроме того, принимая во внимание условия эксплуатации датчика, можно отметить, что отверстие в экране является уязвимым местом, так как попадание космической пыли на экран может привести к закрытию отверстия или изменению его размеров и, как следствие, к нарушению работы датчика. Также можно отметить, что потеря работоспособности каких-либо элементарных фотоприемников, составляющих матрицу, приведет к ошибкам в определении угловых координат. Таким образом, надежность подобного датчика в некоторых случаях может оказаться недостаточной.In addition, taking into account the operating conditions of the sensor, it can be noted that the hole in the screen is a vulnerable point, since the ingress of cosmic dust on the screen can lead to the closing of the hole or a change in its size and, as a result, to disruption of the sensor. It can also be noted that the loss of operability of any elementary photodetectors constituting the matrix will lead to errors in determining the angular coordinates. Thus, the reliability of such a sensor in some cases may be insufficient.
Известен панорамный датчик угловой координаты светящегося ориентира [2], состоящий из многоэлементного приемника оптического излучения и устройства обработки сигнала. Многоэлементный приемник оптического излучения состоит из элементарных фотоприемников, расположенных с заданным шагом на окружности.Known panoramic sensor of the angular coordinate of the luminous landmark [2], consisting of a multi-element receiver of optical radiation and a signal processing device. A multi-element optical radiation receiver consists of elementary photodetectors located at a given pitch on a circle.
На многоэлементный приемник оптического излучения попадает солнечное излучение, при этом одна часть элементарных фотоприемников оказывается освещенной, а другая часть находится в тени. Угловая координата Солнца определяется по порядковым номерам элементарных фотоприемников, которые начинают и заканчивают группу освещенных фотоприемников, или угловая координата ориентира определяется по отношению величин сигналов любых двух элементарных фотоприемников в группе освещенных. Угловая координата Солнца измеряется в диапазоне углов от 0° до 360°. Однако измеряется только одна угловая координата, что является недостатком этого датчика.Solar radiation is incident on a multi-element optical radiation detector, while one part of the elementary photodetectors is illuminated, and the other part is in the shade. The angular coordinate of the Sun is determined by the serial numbers of elementary photodetectors that start and end the group of illuminated photodetectors, or the angular coordinate of a landmark is determined by the ratio of the signal values of any two elementary photodetectors in the group of illuminated ones. The angular coordinate of the Sun is measured in the range of angles from 0 ° to 360 °. However, only one angular coordinate is measured, which is a disadvantage of this sensor.
Целью предлагаемого изобретения является расширение поля зрения устройства, реализующего измерение двух угловых координат светящегося ориентира, повышение его надежности.The aim of the invention is to expand the field of view of a device that implements the measurement of two angular coordinates of a luminous landmark, increasing its reliability.
Указанная цель достигается тем, что для определения угловых координат используется фотоприемник, состоящий из элементарных фотоприемников. Элементарные фотоприемники располагаются с заданным угловым шагом относительно некоторой оси таким образом, чтобы относительно плоскости, перпендикулярной к этой оси, оси их диаграмм направленности были направлены под некоторым углом, отличным от прямого и нулевого (здесь и далее полагается, что ось диаграммы направленности совпадает с направлением на источник излучения, при котором сигнал фоточувствительного элемента имеет максимальную величину).This goal is achieved by the fact that to determine the angular coordinates, a photodetector consisting of elementary photodetectors is used. Elementary photodetectors are arranged with a given angular pitch relative to some axis so that relative to the plane perpendicular to this axis, the axes of their radiation patterns are directed at a certain angle different from the straight and zero (hereinafter, it is assumed that the axis of the radiation pattern coincides with the direction to a radiation source at which the signal of the photosensitive element has a maximum value).
Приведенным условиям удовлетворяет, например, фотоприемник в виде усеченного конуса или усеченного конического многогранника. Фоточувствительные поверхности элементарных фотоприемников образуют коническую поверхность или поверхность конического многогранника.The above conditions are satisfied, for example, by a photodetector in the form of a truncated cone or a truncated conical polyhedron. The photosensitive surfaces of elementary photodetectors form a conical surface or the surface of a conical polyhedron.
Устройство фотоприемника поясняется на Фиг.1. Позициями обозначены: 1 - ось, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 2 - плоскость, ортогональная оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 3 - ось, относительно которой отсчитывается азимут и порядковые номера элементарных фотоприемников; 4 - n-й элементарный фотоприемник; 5 - (n±1)-й элементарный фотоприемник; 6 - угловой шаг расположения элементарных фотоприемников; 7 - ось диаграммы направленности (n±k)-го элементарного фотоприемника; 8 - угол наклона оси диаграммы направленности к плоскости, ортогональной оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 9 - направление на светящийся ориентир; 10 - азимут направления на светящийся ориентир; 11 - угол места направления на светящийся ориентир.The device of the photodetector is illustrated in Fig.1. The positions denote: 1 - the axis relative to which elementary photodetectors are located; 2 - a plane orthogonal to the axis relative to which elementary photodetectors are located; 3 - axis, relative to which the azimuth and serial numbers of elementary photodetectors are counted; 4 - n-th elementary photodetector; 5 - (n ± 1) -th elementary photodetector; 6 - the angular step of the location of elementary photodetectors; 7 - axis of the radiation pattern of the (n ± k) -th elementary photodetector; 8 - the angle of inclination of the axis of the radiation pattern to a plane orthogonal to the axis relative to which elementary photodetectors are located; 9 - direction to a luminous landmark; 10 - azimuth of direction to a luminous landmark; 11 - the angle of the direction to the luminous landmark.
Плоскость, ортогональная оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники, введена для наглядности. Очевидно, что угол места и угол наклона осей диаграмм направленности можно измерять непосредственно относительно оси, вокруг которой располагаются элементарные фотоприемники, принципиально это ничего не меняет.A plane orthogonal to the axis relative to which elementary photodetectors are located is introduced for clarity. Obviously, the elevation angle and the angle of inclination of the axes of the radiation patterns can be measured directly relative to the axis around which elementary photodetectors are located, this essentially does not change anything.
На Фиг.2. представлен приемник, в котором фоточувствительные поверхности элементарных фотоприемников образуют поверхность конического или конического многогранного отверстия. Позициями обозначены: 1 - n-й элементарный фотоприемник; 2 - (n±1)-й элементарный фотоприемник.Figure 2. a receiver is presented in which the photosensitive surfaces of elementary photodetectors form the surface of a conical or conical polyhedral opening. The positions indicated: 1 - n-th elementary photodetector; 2 - (n ± 1) -th elementary photodetector.
При облучении многоэлементного фотоприемника Солнцем можно выделить группу освещенных элементарных фотоприемников. Количество элементарных фотоприемников в группе освещенных зависит от взаимного положения фотоприемника и Солнца. Величина сигнала n-го элементарного фотоприемника - I{n) в группе освещенных определяется следующим образом:When the multi-element photodetector is irradiated with the Sun, a group of illuminated elementary photodetectors can be distinguished. The number of elementary photodetectors in the illuminated group depends on the relative position of the photodetector and the Sun. The signal value of the nth elementary photodetector - I {n) in the group of illuminated is determined as follows:
I(n)=AF(n), F(n)>0I (n) = AF (n), F (n)> 0
I(n)=0, F(n)≤0 (2)I (n) = 0, F (n) ≤0 (2)
F(n)=[cos(Ω)cos(Θ)cos(ω)cos(nϑ)+cos(Ω)sin(Θ)cos(ω)sin(ϑ)+sin(Ω)sin(ω)]F (n) = [cos (Ω) cos (Θ) cos (ω) cos (nϑ) + cos (Ω) sin (Θ) cos (ω) sin (ϑ) + sin (Ω) sin (ω)]
где A - максимально возможное значение величины сигнала (имеет место при совпадении оси диаграммы направленности элементарного фотоприемника с направлением на Солнце), Θ - азимут направления на Солнце, Ω - угол места направления на Солнце, ω - угол наклона оси диаграммы направленности элементарного фотоприемника относительно плоскости, перпендикулярной к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники, угол nϑ - угловая координата n-го элементарного фотоприемника в плоскости, перпендикулярной к оси относительно которой располагаются элементарные фотоприемники, n - порядковый номер элементарного фотоприемника, ϑ - угловой шаг расположения элементарных фотоприемников.where A is the maximum possible value of the signal (occurs when the axis of the radiation pattern of the elementary photodetector coincides with the direction to the Sun), Θ is the azimuth of the direction to the Sun, Ω is the angle of the direction to the Sun, ω is the angle of inclination of the axis of the radiation pattern of the elementary photodetector relative to the plane perpendicular to the axis relative to which elementary photodetectors are located, angle nϑ is the angular coordinate of the nth elementary photodetector in a plane perpendicular to the axis relative to arranged elementary photodetectors, n - sequence number of the elementary photodetector, θ - angular pitch arrangement of elementary photodetectors.
Из выражения (2) следует:From the expression (2) it follows:
Выражения (3) и (4) позволяют сделать вывод, что для определения угловых координат направления на Солнце достаточно иметь в группе освещенных всего лишь 3 элементарных фотоприемника. Для полусферического поля зрения это условие выполняется для любых направлений на Солнце, если фотоприемник содержит не менее 7 элементарных фотоприемников. Однако интерес представляет фотоприемник, содержащий большее количество элементарных фотоприемников, например 1000, поскольку в этом случае избыточность можно использовать:Expressions (3) and (4) allow us to conclude that to determine the angular coordinates of the direction to the Sun, it is enough to have only 3 elementary photodetectors in the group of illuminated ones. For a hemispherical field of view, this condition is satisfied for any directions on the Sun, if the photodetector contains at least 7 elementary photodetectors. However, of interest is a photodetector containing a larger number of elementary photodetectors, for example 1000, since in this case redundancy can be used:
- для повышения точности измерений координат за счет усреднения результатов;- to increase the accuracy of coordinate measurements by averaging the results;
- для повышения надежности и живучести фотоприемника, так как единичные или групповые отказы элементарных фотоприемников не смогут помешать вычислению угловых координат.- to increase the reliability and survivability of the photodetector, since individual or group failures of elementary photodetectors will not be able to interfere with the calculation of the angular coordinates.
Азимут Θ направления на Солнце при этом можно определять посредством нахождения центроида, что позволяет также упростить вычислительную процедуру:In this case, the azimuth Θ directions to the Sun can be determined by finding the centroid, which also simplifies the computational procedure:
Угол места Ω направления на Солнце вычисляется следующим образом:The elevation angle Ω of the direction to the Sun is calculated as follows:
где ϑ - угловой шаг расположения фоточувствительных элементов; I(n) и I(n+l) - величины сигналов n-го и (n+l)-го освещенных фоточувствительных элементов соответственно, n и (n+l) выбираются на интервале от k1 до k2; k1 - порядковый номер первого, а k2 - порядковый номер последнего фоточувствительного элемента в группе освещенных, сигналы которых превышают заданный порог.where ϑ is the angular step of the arrangement of photosensitive elements; I (n) and I (n + l) are the values of the signals of the nth and (n + l) th illuminated photosensitive elements, respectively, n and (n + l) are selected in the interval from k1 to k2; k1 is the serial number of the first, and k2 is the serial number of the last photosensitive element in the illuminated group, whose signals exceed a predetermined threshold.
С целью облегчения адаптации устройства многоэлементного фотоприемника к существующим технологиям выражение (2) можно представить следующим образом:In order to facilitate adaptation of the multi-element photodetector device to existing technologies, expression (2) can be represented as follows:
I(n)=I1(n)+I2(n),I (n) = I 1 (n) + I 2 (n),
I1(n)=B[cos(Ω)cos(Θ)cos(nϑ)+cos(Ω)sin(Θ)sin(nϑ)],I 1 (n) = B [cos (Ω) cos (Θ) cos (nϑ) + cos (Ω) sin (Θ) sin (nϑ)],
В=Acos(ω), С=Asin(ω)B = Acos (ω), C = Asin (ω)
Выражение (7) означает, что элементарный фотоприемник состоит условно из двух частей. Одна часть генерирует сигнал I2(n) и является его проекцией (проекцией фоточувствительной поверхности), например, на основание цилиндра, при этом другая часть генерирует сигнал I1(n) и является проекцией на цилиндрическую поверхность. С и В - максимально возможные значения величин сигналов этих частей соответственно.Expression (7) means that the elementary photodetector consists conditionally of two parts. One part generates a signal I 2 (n) and is its projection (projection of a photosensitive surface), for example, onto the base of the cylinder, while the other part generates a signal I 1 (n) and is a projection on a cylindrical surface. C and B are the maximum possible values of the signal values of these parts, respectively.
На Фиг.3 показано сечение n-го элементарного фотоприемника. Позициями обозначены: 1 - чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника; 2 - ось диаграммы направленности n-го элементарного фотоприемника (перпендикулярна к чувствительной поверхности); 3 - угол наклона оси диаграммы направленности n-го элементарного фотоприемника относительно плоскости, перпендикулярной к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 4 - ось, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 5 - чувствительная поверхность первой части n-го элементарного фотоприемника (проекция на основание цилиндра); 6 - ось диаграммы направленности первой части элементарного фотоприемника, параллельная оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 7 - чувствительная поверхность второй части n-го элементарного фотоприемника (проекция на цилиндрическую поверхность); 8 - ось диаграммы направленности второй части элементарного фотоприемника, перпендикулярная к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники.Figure 3 shows a cross section of the nth elementary photodetector. The positions indicated: 1 - sensitive surface of the nth elementary photodetector; 2 - axis of the radiation pattern of the nth elementary photodetector (perpendicular to the sensitive surface); 3 - the angle of inclination of the axis of the pattern of the nth elementary photodetector relative to a plane perpendicular to the axis relative to which the elementary photodetectors are located; 4 - axis relative to which elementary photodetectors are located; 5 - sensitive surface of the first part of the nth elementary photodetector (projection onto the base of the cylinder); 6 - the axis of the radiation pattern of the first part of the elementary photodetector, parallel to the axis, relative to which the elementary photodetectors are located; 7 - sensitive surface of the second part of the nth elementary photodetector (projection onto a cylindrical surface); 8 - axis of the radiation pattern of the second part of the elementary photodetector, perpendicular to the axis relative to which the elementary photodetectors are located.
Проекции могут также рассматриваться на основание многогранника и многогранной поверхности соответственно.Projections can also be viewed on the basis of a polyhedron and a polyhedral surface, respectively.
Из выражения (7) и Фиг.3 следует, что диаграмма направленности каждого элементарного фотоприемника является суперпозицией диаграмм направленности первой и второй его частей, а угол наклона оси диаграммы направленности определяется отношением максимальных величин сигналов этих частей.From the expression (7) and Figure 3 it follows that the radiation pattern of each elementary photodetector is a superposition of the radiation patterns of the first and second parts, and the angle of inclination of the axis of the radiation pattern is determined by the ratio of the maximum values of the signals of these parts.
Практическая реализация фотоприемника, основанная на таком делении, показана на Фиг.4. Позициями обозначены: 1 - первая чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника (проекция на основание цилиндра); 2 - вторая чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника (проекция на цилиндрическую поверхность).A practical implementation of a photodetector based on such a division is shown in FIG. 4. The positions denote: 1 - the first sensitive surface of the nth elementary photodetector (projection onto the base of the cylinder); 2 - the second sensitive surface of the nth elementary photodetector (projection onto a cylindrical surface).
Другим вариантом является исполнение фотоприемника в соответствии с Фиг.5. Позициями обозначены: 1 - первая чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника (проекция на основание цилиндра); 2 - вторая чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника (проекция на цилиндрическую поверхность); 3 и 4 - бленды, которые ограничивают поле зрения цилиндрической и плоской частей соответственно и позволяют получить диаграмму направленности составного элементарного фотоприемника, аналогичную диаграмме направленности элементарного фотоприемника на Фиг.1.Another option is the design of the photodetector in accordance with Figure 5. The positions denote: 1 - the first sensitive surface of the nth elementary photodetector (projection onto the base of the cylinder); 2 - the second sensitive surface of the nth elementary photodetector (projection onto a cylindrical surface); 3 and 4 - hoods that limit the field of view of the cylindrical and flat parts, respectively, and allow you to get the radiation pattern of a composite elementary photodetector, similar to the radiation pattern of an elementary photodetector in figure 1.
Использование оптических элементов, изменяющих направление хода световых лучей (призмы или зеркала), позволяет расположить обе части элементарного фотоприемника на одной поверхности, в частности на плоскости. Сечение такого элементарного фотоприемника показано на Фиг.6. Позициями обозначены: 1 - n-й элементарный фотоприемник; 2 - первая чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника, ось диаграммы направленности которого параллельна оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 3 - вторая чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника, ось диаграммы направленности которого перпендикулярна оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 4 - ось диаграммы направленности первой чувствительной поверхности; 5 - ось диаграммы направленности второй чувствительной поверхности; 6 - ось, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 7 - призма; 8 - непрозрачное покрытие.The use of optical elements that change the direction of the light rays (prisms or mirrors) allows you to place both parts of an elementary photodetector on one surface, in particular on a plane. The cross section of such an elementary photodetector is shown in Fig.6. The positions indicated: 1 - n-th elementary photodetector; 2 - the first sensitive surface of the nth elementary photodetector, the axis of the radiation pattern of which is parallel to the axis relative to which elementary photodetectors are located; 3 - the second sensitive surface of the nth elementary photodetector, the axis of the radiation pattern of which is perpendicular to the axis relative to which elementary photodetectors are located; 4 - axis of the radiation pattern of the first sensitive surface; 5 - axis of the radiation pattern of the second sensitive surface; 6 - axis relative to which elementary photodetectors are located; 7 - a prism; 8 - opaque coating.
Подход, основанный на разложении фоточувствительной поверхности элементарного фотоприемника на ортогональные проекции и суперпозиции их диаграмм направленности, применим и для случая, когда оси диаграмм направленности двух частей элементарного фотоприемника направлены под разными, отличными от прямого и нулевого, углами к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники. На Фиг.7. показано сечение этого элемента. Позициями обозначены: 1 - n-й элементарный фотоприемник; 2 - первая чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника; 3 - вторая чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника; 4 - ось диаграммы направленности первой чувствительной поверхности; 5 - ось диаграммы направленности второй чувствительной поверхности; 6 - ось, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники.The approach based on the decomposition of the photosensitive surface of an elementary photodetector into orthogonal projections and the superposition of their radiation patterns is also applicable to the case when the axes of the radiation patterns of two parts of an elementary photodetector are directed at different angles other than straight and zero to the axis relative to which elementary photodetectors are located . 7. The section of this element is shown. The positions indicated: 1 - n-th elementary photodetector; 2 - the first sensitive surface of the nth elementary photodetector; 3 - the second sensitive surface of the nth elementary photodetector; 4 - axis of the radiation pattern of the first sensitive surface; 5 - axis of the radiation pattern of the second sensitive surface; 6 - axis, relative to which elementary photodetectors are located.
Первая часть может быть представлена в виде двух ортогональных проекций. Аналогичным образом в виде двух ортогональных проекций представляется также и вторая часть. Получаются четыре части, две из которых имеют оси диаграмм направленности параллельные, а две другие имеют оси диаграмм, перпендикулярные оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники. Две части, которые имеют оси диаграмм направленности, параллельные оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники, можно рассматривать, как одну часть, сигнал которой равен сумме сигналов составляющих ее частей. Две части, которые имеют оси диаграмм направленности, перпендикулярные оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники, аналогичным образом можно заменить одной. Получившиеся новые две части являются ортогональными проекциями некоторого элементарного фотоприемника, для которого, как уже отмечалось в пояснении к Фиг.3, угол наклона оси результирующей диаграммы направленности определяется отношением максимальных величин сигналов его ортогональных проекций.The first part can be represented as two orthogonal projections. Similarly, the second part is also represented in the form of two orthogonal projections. Four parts are obtained, two of which have parallel beam axes, and the other two have beam axes perpendicular to the axis relative to which elementary photodetectors are located. Two parts that have axes of radiation patterns parallel to the axis relative to which elementary photodetectors are located can be considered as one part whose signal is equal to the sum of the signals of its constituent parts. Two parts that have the axis of the radiation patterns perpendicular to the axis relative to which the elementary photodetectors are located can similarly be replaced by one. The resulting new two parts are orthogonal projections of some elementary photodetector, for which, as already noted in the explanation to Figure 3, the angle of inclination of the axis of the resulting radiation pattern is determined by the ratio of the maximum values of the signals of its orthogonal projections.
Следовательно, предлагаемый способ определения двух угловых координат светящегося ориентира может быть реализован как с помощью фотоприемника, содержащего элементарные фотоприемники, оси диаграмм направленности которых наклонены под некоторым углом, отличным от прямого и нулевого, к оси, относительно которой они располагаются, так и содержащего элементарные фотоприемники, каждый из которых состоит из двух частей, причем оси диаграмм направленности этих частей наклонены под некоторым углом к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники.Therefore, the proposed method for determining the two angular coordinates of a luminous landmark can be implemented using a photodetector containing elementary photodetectors, the axis of the radiation patterns of which are inclined at a certain angle other than straight and zero to the axis relative to which they are located, and containing elementary photodetectors , each of which consists of two parts, and the axes of the radiation patterns of these parts are tilted at a certain angle to the axis relative to which ementarnye photodetectors.
Из вышеприведенных формул и устройства многоэлементного фотоприемника на Фиг.1 следует, что угловая координата - Θ может быть вычислена в диапазоне от 0° до 360°, а угловая координата - Ω может быть вычислена в диапазоне от +90° до -(90°-ω). Таким образом, предлагаемый фотоприемник в отличие от прототипа [1] позволяет определить две угловые координаты Солнца, находящегося в любой точке сферы относительно ее центра за исключением сферического сегмента, отсекаемого конусом с углом при вершине - ω, ось которого совпадает с осью, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники.From the above formulas and the device of the multi-element photodetector in figure 1 it follows that the angular coordinate - Θ can be calculated in the range from 0 ° to 360 °, and the angular coordinate - Ω can be calculated in the range from + 90 ° to - (90 ° - ω). Thus, the proposed photodetector, in contrast to the prototype [1], allows you to determine two angular coordinates of the Sun located at any point in the sphere relative to its center, except for the spherical segment cut off by a cone with an angle at the apex — ω, whose axis coincides with the axis relative to which elementary photodetectors.
Необходимо также отметить, что в заявляемом многоэлементном фотоприемнике элементарные фотоприемники непосредственно воспринимают солнечное излучение, поэтому какие-либо маски, формирующие и направляющие световой поток, отсутствуют. Как результат, уменьшаются масса и габариты прибора, повышается надежность. Кроме того, вследствие устранения необходимости в задании определенного пространственного положения маски и фотоприемников улучшается технологичность датчиков угловых координат и повышается стабильность их метрологических характеристик.It should also be noted that in the inventive multi-element photodetector, elementary photodetectors directly perceive solar radiation, so there are no masks that form and direct the light flux. As a result, the mass and dimensions of the device are reduced, and reliability is increased. In addition, due to the elimination of the need to set a certain spatial position of the mask and photodetectors, the manufacturability of the angular coordinate sensors is improved and the stability of their metrological characteristics is increased.
Устройство заявляемого фотоприемника позволяет изготавливать его в виде интегральной микросхемы. В качестве элементарных фотоприемников можно использовать фотодиоды, которые формируются с применением технологии APS (Active Pixel Sensor), лазерного микрофрезерования и травления. При этом, например, в случае Фиг.5 первой чувствительной поверхности соответствует поверхность кристалла, параллельная р-n переходу, а второй чувствительной поверхности соответствует поверхность, перпендикулярная р-n переходу фотодиода.The device of the inventive photodetector allows to produce it in the form of an integrated circuit. As elementary photodetectors, you can use photodiodes, which are formed using the technology of APS (Active Pixel Sensor), laser micro-milling and etching. In this case, for example, in the case of FIG. 5, the first sensitive surface corresponds to a crystal surface parallel to the pn junction, and the second sensitive surface corresponds to a surface perpendicular to the pn junction of the photodiode.
Кроме того, поскольку элементарные фотоприемники, например, в соответствии с Фиг.4 и Фиг.5 занимают периферийную часть кристалла, то внутреннюю его часть можно использовать для размещения аналого-цифрового преобразователя, вычислительного устройства, устройства управления и устройства информационного обмена. Таким образом, получается не просто фотоприемник, а законченный датчик угловых координат. Электрическое подключение такого датчика осуществляется через одно или несколько отверстий, получаемых с помощью лазера на внутренней части кристалла.In addition, since elementary photodetectors, for example, in accordance with FIG. 4 and FIG. 5, occupy the peripheral part of the crystal, its inner part can be used to accommodate an analog-to-digital converter, a computing device, a control device, and an information exchange device. Thus, it turns out not just a photodetector, but a complete sensor of angular coordinates. The electrical connection of such a sensor is carried out through one or more holes obtained with a laser on the inside of the crystal.
Источники информацииInformation sources
1. Патент на изобретение США №7552026, МПК G06F 3/00, 2009.1. US patent for the invention No. 7552026,
2. The Officine Galileo Digital Sun Sensor, F.Boldrini, E.Monini, IAA-B3-1308P, 3rd IAA Symposium on Small Sattelite for Earth Observation, Berlin, 2001.2. The Officine Galileo Digital Sun Sensor, F. Boldrini, E. Monini, IAA-B3-1308P, 3rd IAA Symposium on Small Sattelite for Earth Observation, Berlin, 2001.
3. Патент на изобретение РФ №2327952, МПК G01В 11/26, 2006.3. Patent for the invention of the Russian Federation No. 23237952,
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2009/000579 WO2011053179A1 (en) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Method for determining two angular coordinates of a luminous reference point and multi-element photodetector for the implementation thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012116202A RU2012116202A (en) | 2013-12-10 |
RU2509290C2 true RU2509290C2 (en) | 2014-03-10 |
Family
ID=43922309
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012116202/28A RU2509290C2 (en) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Method to determine two angular coordinates of glowing reference point and multiple-element photodetector for its realisation |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2509290C2 (en) |
WO (1) | WO2011053179A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2641637C2 (en) * | 2016-05-19 | 2018-01-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining angular coordinates to directed optical radiation source |
RU2700363C1 (en) * | 2018-12-28 | 2019-09-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Wide-field sun position sensor |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112327107B (en) * | 2020-09-17 | 2022-09-16 | 国网天津市电力公司电力科学研究院 | Method suitable for detecting and positioning fault arc inside gas insulation equipment |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2131586C1 (en) * | 1997-08-21 | 1999-06-10 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Device for measuring angular coordinates of celestial bodies, primarily those of earth and/or sun |
RU2244263C1 (en) * | 2003-04-17 | 2005-01-10 | Ермаков Олег Иванович | Sun angular coordinate indicator |
RU2327952C2 (en) * | 2006-08-08 | 2008-06-27 | Олег Иванович Ермаков | Panoramic sensor of angular coordinate of light checkpoint |
US7552026B2 (en) * | 2006-08-01 | 2009-06-23 | Beihang University | APS based integrated sun sensor |
-
2009
- 2009-10-28 WO PCT/RU2009/000579 patent/WO2011053179A1/en active Application Filing
- 2009-10-28 RU RU2012116202/28A patent/RU2509290C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2131586C1 (en) * | 1997-08-21 | 1999-06-10 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Device for measuring angular coordinates of celestial bodies, primarily those of earth and/or sun |
RU2244263C1 (en) * | 2003-04-17 | 2005-01-10 | Ермаков Олег Иванович | Sun angular coordinate indicator |
US7552026B2 (en) * | 2006-08-01 | 2009-06-23 | Beihang University | APS based integrated sun sensor |
RU2327952C2 (en) * | 2006-08-08 | 2008-06-27 | Олег Иванович Ермаков | Panoramic sensor of angular coordinate of light checkpoint |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
РАУШЕНБАХ Б.В., ТОКАРЬ Е.Н. Управление ориентацией космических аппаратов. - М.: Наука, 1974, с.79-92. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2641637C2 (en) * | 2016-05-19 | 2018-01-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining angular coordinates to directed optical radiation source |
RU2700363C1 (en) * | 2018-12-28 | 2019-09-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Wide-field sun position sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2011053179A1 (en) | 2011-05-05 |
RU2012116202A (en) | 2013-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7924415B2 (en) | Apparatus and method for a light direction sensor | |
JP5127820B2 (en) | Camera-based target coordinate measurement method | |
JP5123932B2 (en) | Camera-equipped 6-degree-of-freedom target measurement device and target tracking device with a rotating mirror | |
US9927510B2 (en) | Star tracker | |
US9109947B2 (en) | Apparatus and method for navigation | |
JPH02236108A (en) | Solar sensor | |
US20120227273A1 (en) | Digital solar compass | |
CN110926437B (en) | Reflector device for determining and/or marking the position of an object point | |
US20180038730A1 (en) | Optical detector and system therefor | |
RU2509290C2 (en) | Method to determine two angular coordinates of glowing reference point and multiple-element photodetector for its realisation | |
JP2007505304A (en) | How to measure the direction of the target to be investigated | |
EP4357790A1 (en) | Scattered light signal measuring device, and information processing device | |
Li et al. | Optical remote sensor calibration using micromachined multiplexing optical focal planes | |
US4159419A (en) | Three axis stellar sensor | |
RU2526218C1 (en) | Glazkov apparatus for determining angular position of light source and glazkov method for operation thereof | |
USH412H (en) | Coordinate position detector | |
JP2014058176A (en) | Earth sensor and earth edge detection method using earth sensor | |
RU2644994C1 (en) | Angular-motion transducer | |
JP2007315865A (en) | Three-dimensional displacement measuring device and measuring method | |
CN112683198B (en) | Three-degree-of-freedom angle photoelectric measuring device and measuring method thereof | |
RU2538355C2 (en) | Method to increase resolving capacity of measurement of angular coordinate of glowing reference point, multi-element photodetector and sensor of angular coordinate of glowing reference point that implement it | |
Bolshakov | Digital sun sensor design for nanosatellite applications | |
US10706579B2 (en) | Hyperacuity system and methods for real time and analog detection and kinematic state tracking | |
JPH0861916A (en) | Optical position and posture detection device | |
RU181197U1 (en) | TWO-CHANNEL MATRIX INFRARED MATRIX RECEIVER |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151029 |